DE10334877A1 - Method for producing a hybrid component and hybrid component - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eines Querträgers für den Cockpitbereich. Des Weiteren betrifft sie ein derartiges Hybridbauteil und eine Verwendung eines derartigen Hybridbauteils.The The invention relates to a method for producing a hybrid component for a Motor vehicle, in particular a cross member for the cockpit area. Furthermore it relates to such a hybrid component and a use of a such hybrid component.
Die Hybridbauweise eines Bauteils in einem Kraftfahrzeug ermöglicht, das Gewicht der Kraftfahrzeuge zu verringern. So sind als Träger im Kraftfahrzeug einsetzbare Leichtbauteile in Hybridbauweise bekannt, die einen bevorzugt aus Metall bestehenden, schalenförmigen Grundkörper, der gewöhnlich in U- oder Ω-Form ausgeprägt ist, aufweisen, in dessen Hohlraum zur Erzielung einer ausreichend hohen Steifigkeit und Festigkeit von der offenen Seite Verstärkungsrippen eines anderen Materials, wie z. B. Kunststoff, angeordnet werden. Die innere Verrippung wird dabei üblicherweise durch einen Urformprozess, z. B. Spritzguss oder Schaumgussverfahren, mit dem Metallgrundkörper an diskreten Verbindungsstellen verbunden.The Hybrid construction of a component in a motor vehicle allows to reduce the weight of motor vehicles. So are as carriers in the motor vehicle usable lightweight components in hybrid construction known, the one preferably made of metal, shell-shaped body, the usually in U or Ω form pronounced is, in the cavity to achieve a sufficient high rigidity and strength of the open side reinforcing ribs another material, such as As plastic, are arranged. The inner ribbing is usually done by a prototyping process, z. As injection molding or foam casting method, with the metal body connected to discrete connection points.
Die
in der Metallschale oder dem Hohlprofil eingefügte Verrippung, auch Profilkern
genannt, wird entsprechend auftretenden Belastungen ausgebildet. Beispielsweise
wird der Profilkern durch waben- oder rautenförmig an geordnete Rippen ausgebildet.
Darüber
hinaus ist es möglich
in den Profilkern ein Rohr oder einen Kanal zur Luftführung, z.
B. für
eine Klimaanlage, einzubringen. Dies ist beispielsweise aus der
Nach
der Druckschrift
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eines Querträgers für den Cockpitbereich, anzugeben, bei dem das Hybridbauteil mit einer Anzahl von vorgegebenen Verbindungsknoten sich kreuzender Stellen zwischen Hohlprofil und Halteelementen oder Anschlüssen in wenigen Arbeitsschritten, möglichst in einem Arbeitsgang, hergestellt wird und beim Erzeugen einer inneren Verrippung oder eines Profilkerns insbesondere eine unerwünscht hohe Anhäufung von Werkstoff oder Material im überlappenden Bereich unterhalb der Verbindungsknoten vermieden wird. Weiterhin soll ein derart hergestelltes Hybridbauteil bereit gestellt werden und eine Verwendung eines derartiges Hybridbauteils angegeben werden.Of the The invention is therefore based on the object, a process for the preparation a hybrid component for a motor vehicle, in particular a cross member for the cockpit area, indicate in which the hybrid component is provided with a number of predetermined connection nodes intersecting points between hollow profile and holding elements or connections in a few steps, if possible in one operation, and in creating an inner one Ribbing or a profile core in particular an undesirably high Accumulation of Material or material in overlapping Area below the connection node is avoided. Farther If such a manufactured hybrid component to be provided and a use of such a hybrid component can be given.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem als Einzelteile ein Hohlprofil und wenigstens ein Halte- oder Anschlusselement sich kreuzend in ein Werkzeug eingelegt, form- und/oder stoffschlüssig miteinander gefügt werden und in den Hohlraum des Hohlprofils durch einen Urformprozess eine Verstärkung, insbesondere eine Verrippung oder ein Profilkern eingefügt wird, wobei vor oder während des Urformprozesses im Bereich unterhalb der Verbindungsknoten der sich kreuzenden Einzelteile in den Hohlraum des Hohlprofils ein Verdrängungskörper eingebracht wird.Regarding the Method, the object is achieved according to the invention by using as individual parts a hollow profile and at least one holding or connecting element intersecting in a tool inserted, positively and / or materially joined together and in the cavity of the hollow profile by a primary molding process a gain in particular, a ribbing or a profile core is inserted, being before or during of the original process in the area below the connection node of intersecting items in the cavity of the hollow profile introduced a displacement body becomes.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass ein Verfahren zur Herstellung eines vielfältigen, zum Teil widersprechenden Anforderungen, wie Festigkeit und Leichtigkeit, gerecht werdenden Hybridbauteils auf dem Automobilsektor besonders ökonomisch ausgestaltet sein sollte und gleichzeitig eine besonders genaue Positionierung der Einzelteile erlauben sollte. Dazu sollte die Anzahl der Arbeitsschritte und der Hilfsmittel oder der Werkzeuge besonders gering gehalten werden und die endgültige Position des Halteelements oder Anschlusses am Hohlprofil im Fertigungsprozess festgelegt werden können. Daher wird zumindest ein Halte- oder Anschlusselement sich mit dem Hohlprofil an gewünschten Stellen kreuzend in ein Werkzeug eingelegt und vorzugsweise während des Fügeprozesses an das Hohlprofil selbst geformt. Damit sind aufwendige und kostenintensive Werkzeuge zur Befestigung des Halteelements sicher vermieden. Durch die Festlegung der Position des Halteelements ist eine höhere Genauigkeit mit einem besonders engen Toleranzbereich ermöglicht.The invention is based on the consideration that a method for producing a diverse, sometimes conflicting requirements, such as strength and lightness, fair expectant hybrid component in the automotive sector should be particularly economically designed and at the same time should allow a particularly accurate positioning of the items. For this purpose, the number of steps and the tools or tools should be kept particularly low and the final position of the holding element or connection can be set on the hollow profile in the manufacturing process. Therefore, at least one holding or connecting element is inserted with the hollow profile at desired locations crossing into a tool and preferably formed during the joining process to the hollow profile itself. This complex and expensive tools for fastening the retaining element are avoided. By fixing the position of the holding element is a height accuracy with a particularly narrow tolerance range.
Alternativ zum während des Verarbeitungsprozesses geformten Halteelement kann das Halteelement auch vorgefertigt sein. Dabei wird das Halteelement vorzugsweise vor dem Verarbeitungsprozess am Hohlprofil durch bekannte Umform-Verfahren vorfixiert oder positioniert.alternative to during the holding process shaped holding element, the holding element also be prefabricated. In this case, the retaining element is preferably before the processing on the hollow section by known forming process prefixed or positioned.
Des Weiteren sollte für die Verfahrensökonomie und die gewünschte Formgestaltung der Verstärkung des Hohlprofils die Anhäufung von Werkmaterial an den Verbindungsknoten der sich kreuzenden Einzelteile vermieden werden. Zu diesem Zweck wird dieser Bereich des Hohlraums des Hohlprofils unterhalb der Verbindungsknoten entweder vor dem Urformprozess, vorteilhafterweise einem Spritz- oder Schaumprozess, durch Einsetzen eines Körpers derart ausgefüllt, dass das Werkmaterial nicht übermäßig und nur in spezifische durch diesen Verdrängungskörper bestimmte oder vorgegebene Teilbereiche gelangen kann oder dieser Bereich während des Urformprozesses mit dem Verdrängungskörper derart ausgefüllt, dass er den noch flüssigen Kernbereich des Werkmaterials verdrängt und weiter transportiert.Of Further should be for the process economy and the desired one Form design of reinforcement of the hollow profile the accumulation of work material at the connection node of the intersecting items be avoided. For this purpose, this area of the cavity of the hollow profile below the connection node either before Primary molding process, advantageously a spray or foam process, by inserting a body so filled in, that the material is not excessive and only in specific determined or predetermined by this displacement body Partial areas can reach or this area during the original molding process with the displacement body such filled, that he's still liquid Core area of the material displaced and transported further.
Ein derartiger Verdrängungskörper sollte daher vergleichsweise voluminös sein und zudem ein vergleichsweise geringes Gewicht aufweisen, damit das gefertigte Hybridbauteil den Erfordernissen und Anforderungen der Industrie als Leichtbauteil gerecht bleibt. Als Verdrängungskörper dieser Art ist aus diesen Gründen vorzugsweise ein poröses Material aus einzelnen Partikeln, wie aufgeschäumtes Granulat, Kugeln, Schaumglasgranulat, Xeraglassilikatschaum, Blähton, metallische Hohlkugeln u. a. vorgesehen.One such displacement body should therefore comparatively voluminous be and also have a comparatively low weight, so that the manufactured hybrid component to the requirements and requirements of Industry remains lightweight as a lightweight component. As a displacement body of this Art is for these reasons preferably a porous one Material from individual particles, such as foamed granules, spheres, foam glass granules, Xeraglassilikatschaum, expanded clay, metallic hollow spheres u. a. intended.
Für eine statistisch gleichmäßige Verteilung erfolgt das Einbringen einzelner Partikel des Verdrängungskörpers in den Hohlraum des Hohlprofils im Bereich unterhalb der Verbindungsknoten vorteilhafterweise durch lose Schüt tung. Die Partikel werden anschließend durch das sie umfließende Werkmaterial zu einem oder mehreren Gebilden verbunden, die eine ausreichende Stabilität des Hohlprofils in diesem Bereich des Hohlraums gewährleisten.For a statistical even distribution occurs the introduction of individual particles of the displacement body in the cavity of the hollow profile in Area below the connection node advantageously by loose bulk. The particles are subsequently through which it flows Work material connected to one or more entities, the one sufficient stability ensure the hollow profile in this region of the cavity.
Um im Bereich unterhalb der Verbindungsknoten der sich kreuzenden Einzelteile statt einer unerwünschten unspezifischen Anhäufung an Werkmaterial ein insbesondere im Hinblick auf eine Verstärkung des Hohlprofils ausgerichtetes bestimmtes Gerüst vorzugeben, in dessen Öffnungen und Hohlräume das Werkmaterial definiert eindringen kann, werden einzelne Partikel des Verdrängungskörpers vor dem Einbringen an diese Stellen vorzugsweise durch einen Kleber, ein Gewebe, wie ein Metall- oder textiles Flächengewebe, oder durch eine Gitterstruktur, wie ein Lochblech, Streckmetall oder Dehnmetall, zusammengehalten. Das anschließend eingebrachte Werkmaterial, z. B. Spritzgussmaterial, kann dadurch nur in die vorgegebenen Hohlräume zwischen den Partikeln eindringen und die Partikel miteinander zu einem vergleichsweise stabilen Gebilde verbinden oder vernetzen, das die Festigkeitseigenschaften des Hohlprofils unterstützt und verbessert.Around in the area below the connection nodes of the intersecting items instead of an undesirable nonspecific accumulation on work material, in particular with a view to strengthening the Specify hollow profile aligned specific framework in the openings and cavities the material defined can penetrate, become individual particles of the displacement body before the Introduction to these sites preferably by an adhesive, a Fabric, such as a metal or textile fabric, or by a Lattice structure, such as a perforated plate, expanded metal or expanded metal, held together. This afterwards introduced material, eg. As injection molding material, it can only in the given cavities penetrate between the particles and the particles to one another connect or network relatively stable structures that the Strength properties of the hollow profile supported and improved.
Damit das Hohlprofil in besonders zuverlässiger Weise vor der Bildung von so genannten Knicken und Beulen durch äußere mechanische Einwirkungen geschützt wird, wird zweckmäßigerweise auch der Bereich unterhalb der Verbindungsknoten von Hohlprofil und Halteelement versteift. Dazu sollte die Formstabilität des eingebrachten Verdrängungskörpers zugunsten einer gewünschten Verteilung des Werkmaterials insbesondere während des Verarbeitungsprozesses gewahrt bleiben. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens werden daher als Verdrängungskörper für das Werkmaterial druckstabile Körper eingesetzt. Diese geben dem Druck beim Urformprozess z. B. Spritzgießen, nicht nach, sondern halten ihm stand. Somit ist die Bildung eines besonders steifen Gebildes aus Werkmaterial und Verdrängungskörper im Bereich unterhalb der Verbindungsknoten gewährleistet, das Deformierungen des Hohlprofils auch in diesem Bereich wirksam verhindert.In order to the hollow profile in a particularly reliable manner before formation of so-called kinks and bumps due to external mechanical effects protected will, is expediently too the area below the connection node of hollow profile and retaining element stiffened. For this purpose, the dimensional stability of the introduced displacement body in favor a desired one Distribution of the material, especially during the manufacturing process stay protected. In a particularly advantageous embodiment of the method Therefore, as a displacement body for the work material pressure-stable body used. These give the pressure during the original molding process z. Injection molding, not after, but hold him. Thus, the formation of a special rigid structure made of material and displacement body in the area below the connection node guaranteed Deformations of the hollow profile effectively prevented in this area.
Für eine besonders ausgeprägte Druckstabilität bei gleichzeitiger Berücksichtigung einer weitgehend geringfügigen Gewichtszunahme werden als druckstabile Körper vorteilhafterweise Hohlkörper eingesetzt, die mit feinen, leichten Partikeln, wie Sand, Glasperlen, Granulat u. a., gefüllt sind.For a special pronounced pressure stability while taking into account a largely minor one Weight gain are used as pressure-stable body advantageously hollow body, those with fine, light particles, such as sand, glass beads, granules u. a., filled are.
Um insbesondere während des Verarbeitungsprozesses, den Verdrängungskörper vor Deformierungen zu schützen und ein Hybridbauteil mit einem besonders geringen Gewicht für die spätere Verwendung zu fertigen, ist der Hohlkörper vorzugsweise mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium gefüllt. Wobei letzteres im Hinblick auf die Herstellung eines besonders leichten Hybridbauteils nach dem Urformprozess vorzugsweise wieder entfernt wird.Around especially during of the processing process, the displacer against deformations protect and a hybrid component with a particularly low weight for later use to manufacture, is the hollow body preferably with a gaseous or liquid Medium filled. The latter with regard to the production of a particular light hybrid component after the prototype process preferably again Will get removed.
Alternativ oder kumulativ werden als druckstabile Körper vorzugsweise Vollkörper eingesetzt, die porös ausgestaltet sind, wie Schaumkörper. Durch die poröse Ausgestaltung wird ein unnötig hoher Gewichtsbeitrag vermieden.alternative or cumulatively solid bodies are preferably used as the pressure-stable body, the made porous are like foam bodies. By the porous one Design becomes unnecessary high weight contribution avoided.
Bezüglich des Hybridbauteils wird die genannte Aufgabe gelöst, indem ein Hohlprofil und wenigstens ein Halte- oder Anschlusselement sich kreuzend über vorgegebene Verbindungsknoten zusammengefügt sind, das im Hohlraum des Hohlprofils eine Verstärkung, insbesondere eine Verrippung oder einen Profilkern aufweist und bei dem im Bereich unterhalb der Verbindungsknoten im Hohlraum des Hohlprofils ein Verdrängungskörper eingebracht ist.With regard to the hybrid component, the stated object is achieved by a hollow profile and at least one holding or connecting element are joined together crossing predetermined connection nodes, in the cavity of the hollow profile reinforcement, in particular a ribbing or has a profile core and in which in the region below the connection node in the cavity of the hollow profile, a displacement body is introduced.
Um während des Herstellungsprozesses des Hybridbauteils eine unerwünschte Anhäufung von Werkmaterial im Bereich unterhalb der Verbindungsknoten der sich kreuzenden Einzelteile effektiv zu vermeiden und dabei das Gewicht des Hybridbauteils für den Einsatz in der Industrie als Leichtbauteil nicht unnötig zu erhöhen, ist als Verdrängungskörper vorzugsweise ein poröses Material aus einzelnen Partikeln vorgesehen, wie aufge schäumtes Granulat, Kugeln, Schaumglasgranulat, Xeraglassilikatschaum, Blähton, metallische Hohlkugeln u. a.Around while the manufacturing process of the hybrid component an undesirable accumulation of material in the area below the connection nodes of the intersecting items effectively avoiding the weight of the hybrid component for use is not unnecessarily to increase in the industry as a lightweight component is preferred as a displacement body a porous one Material provided by individual particles, such as foamed granules, Spheres, foam glass granules, Xeraglassilikatschaum, expanded clay, metallic Hollow balls u. a.
Für eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des Verdrängungskörpers sind einzelne Partikel des Verdrängungskörpers durch einen Kleber, ein Gewebe, wie ein Metall- oder textiles Flächengewebe, oder durch eine Gitterstruktur, wie ein Lochblech, Streckmetall oder Dehnmetall, zusammengehalten.For a special advantageous embodiment of the displacement body are individual particles of the Suppression body through an adhesive, a fabric, such as a metal or textile fabric, or by a grid structure, such as a perforated plate, expanded metal or expanded metal, held together.
Damit sich das Hybridbauteil sowohl beim Fertigungsprozess als auch beim späteren Gebrauch und im späteren Einsatzgebiet durch eine besonders hohe Steifigkeit und Festigkeit gegenüber mechanischen Einflüssen auszeichnet und somit die Bildung von Beulen und Knicken wirksam unterbunden ist, sind als Verdrängungskörper vorzugsweise druckstabile Körper in den Hohlraum des Hohlprofils im Bereich unterhalb der Verbindungsknoten der sich kreuzenden Einzelteile eingebracht. Um das Gesamtgewicht des Hybridbauteils besonders gering zu halten, sind als druckstabile Körper vorteilhafterweise Hohlkörper, die mit feinen, leichten Partikeln, wie Sand, Glasperlen, Granulat u. a., oder mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium gefüllt sind, und/oder druckstabile Vollkörper, die porös sind, wie Schaumkörper, eingesetzt.In order to the hybrid component in both the manufacturing process and in the later Use and later Application due to a particularly high rigidity and strength across from mechanical influences characterized and thus the formation of dents and wrinkles effect is suppressed, are preferably as a displacement body pressure-stable body in the cavity of the hollow profile in the area below the connection node of intersecting items introduced. To the total weight to keep the hybrid component particularly low, are as pressure-stable body advantageously hollow body, those with fine, light particles, such as sand, glass beads, granules u. a., or with a gaseous or liquid Medium filled are, and / or pressure-stable solid bodies that are porous, like foam body, used.
Verwendung findet eine derartig ausgestaltetes Hybridbauteil vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, insbesondere als Querträger im Cockpitbereich.use finds such a designed hybrid component preferably in a motor vehicle, in particular as a cross member in the cockpit area.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch das Einbringen eines Verdrängungskörpers vor oder während des Urformprozesses im Bereich unterhalb der sich kreuzenden Einzelteile in den Hohlraum des Hohlprofils beim Erzeugen einer Verstärkung, insbesondere durch eine innere Verrippung, keine unerwünscht hohe Anhäufung von Werkmaterial an diesen Verbindungsstellen entstehen kann, die ansonsten zu einer Beeinträchtigung der Rippenausgestaltung und zu einem unnötig hohen Verbrauch an Werkmaterial führen kann. Die Verwendung druckstabiler Körper führt dazu, dass während des Verarbeitungsprozesses die Formstabilität des eingebrachten Körpers gewahrt bleibt und somit das Werkmaterial besonders zuverlässig, wie gewünscht, im Bereich unterhalb der Verbindungsknoten verteilt wird. Darüber hinaus sorgt das derart vernetzte und gefestigte Gebilde aus einem druckstabilen Verdrängungskörper und Werkmaterial im Bereich unter dem angebundenen Halteelement für eine zusätzliche Verstärkung der Verbindungsstellen gegen die Bildung von Knicken und Beulen. Einer dadurch bedingten Verzugsarmut und Torsionssteifigkeit des Hybridbauteils kommt im Kraftfahrzeugbereich eine besondere Bedeutung zu. Durch die Ausgestaltung der Verdrängungskörper als poröse Materialien oder mit feinen, leichten Partikeln, wie Sand, Glasperlen oder Granulat, mit einem gasförmigen oder flüssigen Medium, welches gegebenenfalls nach dem Urformprozess wieder entfernt wird, wird ein unnötig hoher Gewichtsbeitrag vermieden, der die Herstellung eines Hybridbauteils in Leichtbauweise ermöglicht.The particular advantages of the invention are that by introducing a displacement body before or during the Forming process in the area below the intersecting items in the cavity of the hollow profile when generating a gain, in particular by an internal ribbing, no undesirable high accumulation of Material may arise at these joints, which otherwise an impairment the rib design and an unnecessarily high consumption of materials to lead can. The use of pressure-stable body causes during the Processing process, the dimensional stability of the introduced body remains and thus the material especially reliable, such as desired is distributed in the area below the connection nodes. Furthermore ensures the networked and consolidated structure of a pressure-stable Displacement body and Work material in the area under the attached holding element for additional reinforcement of Junctions against the formation of kinks and bumps. one consequent distortion and torsional stiffness of the hybrid component is of particular importance in the automotive sector. By the embodiment of the displacement body as porous Materials or with fine, lightweight particles, such as sand, glass beads or granules, with a gaseous or liquid Medium, which optionally removed after the original molding process again becomes unnecessary high weight contribution avoided the production of a hybrid component made possible in lightweight construction.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:embodiments The invention will be explained in more detail with reference to a drawing. Show:
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit den selben Bezugszeichen versehen.Same Parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Das
Hybridbauteil
Der
Profilkern
Zum
funktionspezifischen Anbau von Fahrzeugkomponenten, wie z. B. Airbag,
Lenkung, Haltern, Streben, weist das Hybridbauteil
Bei
einer Mehrfachverwendung des Hybridbauteils
Die
Halteelemente
Als
Verfahren zur Herstellung eines Hybridbauteils
In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Herstellung des Hybridbauteils
Das
Halteelement
Alternativ
zum während
des Verarbeitungsprozesses geformten Halteelement
Beim
sich dem Fügeprozess
von Hohlprofil
Aus
diesem Grund wird vor oder während des
Urformprozesses im Bereich B unterhalb der Verbindungsknoten
Als
Verdrängungskörper
Um
eine insbesondere im Hinblick auf eine Verstärkung oder Versteifung des
Hohlprofils
Als
Verdrängungskörper
Für die Herstellung
eines besonders leichten Hybridbauteils
Verwendung
findet eine derartig ausgestaltetes Hybridbauteil
- 11
- Hybridbauteilhybrid component
- 22
- Hohlprofilhollow profile
- 44
- Schenkel des Hohlprofilsleg of the hollow profile
- 66
- Hohlraumcavity
- 88th
- Profilkernprofile core
- 1010
- Halteelementretaining element
- 1212
- Auskragungen des Hohlprofilsprojections of the hollow profile
- 1414
- Auskragungen des Halteelementsprojections of the holding element
- 1616
- Schenkel des Halteelementsleg of the holding element
- 1818
- Führungselementguide element
- 2020
- Verbindungsknotenconnecting node
- 2222
- Werkmaterialmaterial
- 2424
- Verdrängungskörperdisplacer
- 2626
- Partikelparticle
- BB
- Bereich unterhalb der VerbindungsknotenArea below the connection nodes
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